10 Protótipo de Planador Não Tripulado autor Henrique Martins Fideles, Lucas Souza Camargos e Rafael Moreira Soares

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Henrique Martins Fideles
Lucas Souza Camargos
Rafael Moreira Soares
Trabalho Acadêmico Integrador I:
Protótipo de Planador Não Tripulado
Arcos - MG
2018
Henrique Martins Fideles
Lucas Souza Camargos
Rafael Moreira Soares
Trabalho Acadêmico Integrador I:
Protótipo de Planador Não Tripulado
Trabalho Acadêmico Integrador - TAI, apre-
sentado às disciplinas referentes ao primeiro
período do curso de Engenharia Mecânica mi-
nistrado no Instituto Federal de Minas Gerais,
Campus Arcos.
Instituto Federal de Minas Gerais – IFMG
Campus Avançado Arcos
Graduação em Engenharia Mêcanica
Orientador: Niltom Vieira Junior
Arcos - MG
2018
Resumo
O presente trabalho fundamenta-se no estudo e montagem de um protótipo de planador
não tripulado, construído a partir do procedimento para integração das disciplinas de
Engenharia Mecânica, no Instituto Federal de Minas Gerais, Campus Arcos, com o
intuito de obtenção de conhecimento sobre esse assunto abrangente, para adquirir uma
compreensão maior sobre o voo de um planador. Planadores são aeronaves sem força
motriz, leves e semelhantes aos aviões, que aproveitam das correntes atmosféricas para
se manterem em voo, no qual precisam de vários fatores para tal fato, como pode ser
citados sua fuselagem, asas, caudas e assim por diante, possivelmente pode-se explicar
sobre determinados acontecimentos e componentes referentes ao planador, aplicando
conceitos básicos do aeromodelismo para construção do protótipo utilizando madeira balsa
e pinus como materiais principais. Destarte esperando como resultado experimental por
seu funcionamento utilizando os conhecimentos já obtidos.
Palavras-chave: Planador. Protótipo. Funcionamento. Asas.
Lista de ilustrações
Figura 1 – Projetos de aeromodelos criados por Leonardo Da Vinci . . . . . . . . 8
Figura 2 – Otto Lilienthal em um de seus voos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Figura 3 – Exemplo da Estrutura de uma Asa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Figura 4 – Perfil Aerodinamico da Asa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Figura 5 – Cauda do Planador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Figura 6 – Tipos de Asas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Figura 7 – Efetuando a Montagem do Protótipo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Figura 8 – Tabela para criar o modelo Clark Y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Figura 9 – Efetuando a Montagem do Protótipo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Figura 10 – Representação da Inclinação da Asa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Figura 11 – Retângulo Presente na Asa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Figura 12 – Triângulo Presente na Asa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Figura 13 – Representação da Inclinação da Asa no Matlab . . . . . . . . . . . . . 27
Figura 14 – Representação da Inclinação da Asa no Matlab . . . . . . . . . . . . . 27
Figura 15 – Retângulo e Triângulo Encontrado na Asa no Matlab . . . . . . . . . . 28
Figura 16 – Retângulo e Triângulo Encontrado na Asa no Matlab . . . . . . . . . . 28
Figura 17 – Encontrando a Função da Curva da Asa no Matlab . . . . . . . . . . . 29
Figura 18 – Plotagem Encontrada no Matlab . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Figura 19 – Desenho Técnico Computacional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Lista de tabelas
Tabela 1 – Tabela de Preços . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Tabela 2 – Cronograma TAI I - 2018 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Sumário
1 INTRODUÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.1 Justificativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2 OBJETIVOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.1 Objetivos Gerais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2 Objetivos Específicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3 REFERENCIAL TEÓRICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.1 Planadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.2 Componentes e Sistemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.2.1 Fuselagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.2.2 Asas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.2.2.1 Aerofólio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.2.3 Cauda do Planador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.2.3.1 Estabilizador Horizontal e Vertical . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.2.3.2 Profundor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.2.3.3 Leme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.2.3.4 Trim . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.2.4 Diedro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.2.5 Centro de Gravidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.2.6 Corda da Asa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.2.7 Tipos de Asas Usadas em Planadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.3 Forças Atuantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.3.1 Sustentação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.3.2 Peso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.3.3 Arrasto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.3.3.1 Arrasto de Atrito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.3.3.2 Arrasto de Forma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.3.3.3 Arrasto Induzido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.3.4 Tração . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
4 METODOLOGIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
4.1 Métodos Utilizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
4.2 Materiais Utilizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
4.2.1 Madeira Balsa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
4.2.2 Madeira Pinus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
4.2.3 Cola Fórmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
4.2.4 Verniz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
4.3 Montagem do Protótipo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
5 CONCLUSÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
REFERÊNCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
APÊNDICE A – . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
APÊNDICE B – . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
B.1 Obtenção do Diedro e Áreas Compostas na Asa . . . . . . . . . . . . 24
B.1.1 Inclinação do Diedro da Asa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
B.1.2 Área Parcial da Asa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
B.1.3 Retângulo Encontrado na Asa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
B.1.4 Triângulo Encontrado na Asa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
APÊNDICE C – . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
C.1 Aquisição da Função da Curva da Asa e Resolução das Áreas dos
Tópicos Anteriores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
C.1.1 Inclinação do Diedro da Asa no Matlab . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
C.1.2 Retângulo e Triângulo Encontrado na Asa no Matlab . . . . . . . . . . . . 28
C.1.3 Plotagem da curva do Gráfico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
APÊNDICE D – . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
D.1 Cálculo da Integral (Oposto da Derivada) . . . . . . . . . . . . . . . 30APÊNDICE E – . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
E.1 Influência do Planador na Sociedade . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
APÊNDICE F – . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
F.1 Desenho Representativo do Projeto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
7
1 INTRODUÇÃO
Planadores são aeronaves não motorizadas que possuem densidade maior que a do
ar, e estrutura semelhante a de um avião, o que faz com que este seja capaz de manter
voo com a ajuda de correntes atmosféricas por um certo período (FBVV, 2012). Possui
um desempenho de voo abaixo de uma aeronave motorizada pela falta deste mecanismo,
seu uso é restringido apenas à esportes, como o voo a vela, e no treinamento de pilotos
iniciantes que não possuem experiência em voo, como por exemplo os cadetes da academia
de força aérea brasileira (AMORIM, 2013).
Embora os planadores não possuam motores, alguns utilizam de propulsor próprio,
sendo ele retrátil ou não, para se ter capacidade de decolagem única. Por conseguinte, o
mesmo contrai o propulsor, que deixa de atuar em seu sistema, passando a voar como um
planador tradicional (FBVV, 2012).
Por seu caráter extremamente furtivo, os planadores tiveram grande destaque
durante a Segunda Guerra Mundial, uma vez que estes permitiam a invasão de territórios
sem que as tropas inimigas notassem sua presença. No entanto, o fato destas aeronaves
serem muito lentas, seu uso para fins bélicos se tornou brando, assim, perdeu espaço para
aviões, monomotores e helicópteros (AMORIM, 2013).
Dessa forma, o presente estudo consiste em apresentar um protótipo de planador,
abordando alguns conceitos sobre sua aerodinâmica, estrutura física, e seu desempenho em
voo, além de aplicar neste, conhecimentos obtidos nas disciplinas referentes ao primeiro
semestre do curso de Engenharia Mecânica, ministrados pelo Instituto Federal de Minas
Gerais, Campus Avançado Arcos.
1.1 Justificativa
Tendo seu início no século XV, a partir de esboços criados por Leonardo Da Vinci,
os conceitos de aviação foram aprimorados com o tempo, e os primeiros aeromodelos foram
tomando forma aos poucos. No entanto, o desejo do ser humano em explorar “o infinito e
desconhecido céu azul” já se mostrava presente muito antes das invenções criadas pelo
polímata italiano (AMORIM, 2013).
Capítulo 1. INTRODUÇÃO 8
Figura 1 – Projetos de aeromodelos criados por Leonardo Da Vinci
Fonte: https://www.pinterest.pt/pin/384354149427465055/?lp=true (Acesso em: 04 mai. 2018)
Segundo Amorim (2013), na antiguidade, a exploração do ar resumia-se a dois
tipos de iniciativas, sendo a de inventores que buscavam criar artefatos capazes de planar,
no qual obtiveram como destaque as primeiras pipas, criadas por volta de 600 a.C., e o
pombo de madeira criado pelo físico grego Árquitas, 200 anos depois, capaz de voar por
até 180 metros. E a de pessoas, que tentavam levantar voo utilizando engenhocas que
imitavam movimentos de pássaros sem a obtenção de grandes sucessos.
Logo percebe-se, que a principal vertente para a aviação é o planeio, e a partir que
este objetivo é alcançado, iniciam-se estudos voltados ao melhoramento da eficiência do
mesmo, por meio da implantação de recursos como as máquinas motoras. Deste modo,
conclui-se que, o verdadeiro pai da aviação planada foi o alemão Otto Lilienthal, ao se
consagrar o primeiro homem a conseguir fazer voos planados com sucesso (AMORIM,
2013).
Figura 2 – Otto Lilienthal em um de seus voos
Fonte: http://www.touraine-planeur.org/Site-Touraine-Planeur/index.php/le-vol-a-voile/historique
(Acesso em: 04 mai. 2018)
Assim, o presente projeto terá por objetivo, maximizar os conhecimentos sobre
aviação adquiridos pelo grupo, contribuindo para o seu desenvolvimento durante a passagem
pelo curso, e ampliando suas vertentes para o mundo do trabalho futuramente.
9
2 OBJETIVOS
2.1 Objetivos Gerais
O objetivo principal deste trabalho consiste em mostrar como se comporta um
planador e quais forças físicas que atuam sobre ele durante o voo, além de desenvolver um
protótipo do mesmo, aplicando conceitos relativos ao aeromodelismo, e as matérias do
primeiro período do curso de Engenharia Mecânica ministrados no Instituto Federal de
Minas Gerais – IFMG – Campus Arcos.
2.2 Objetivos Específicos
Este projeto tem por objetivo apresentar o desenvolvimento de um protótipo de
planador não tripulado, utilizando conceitos estudados até agora no curso de Engenharia
Mecânica, além de:
• Analisar e compreender termos e teorias relacionados a planadores e suas aplicações.
• Identificar os principais componentes de um planador.
• Explicar conceitos aplicados na estruturação de um planador.
• Elaborar um protótipo em escala reduzida para demonstração de seu funcionamento.
• Analisar o desempenho de voo do protótipo.
• Aprimorar, se necessário o modelo em questão.
10
3 REFERENCIAL TEÓRICO
3.1 Planadores
Planadores são aeronaves similares aos aviões pelo seu formato, contudo possuem
características distintas, como não possuem força motora, são mantidos no ar pela força
de correntes atmosféricas, ou seja, o vento cria correntes que ao entrarem em contato com
as asas do planador sustentam-o para que não caia, assim precisando de atenção em seu
modelo aerodinâmico para que com o auxílio das leis da física conserve-se no ar (FBVV,
2010).
3.2 Componentes e Sistemas
3.2.1 Fuselagem
Os planadores são leves e pequenos na medida do possível, basicamente dimensio-
nados por meio da carga que transportam. Estes, como quaisquer outras aeronaves são
desenvolvidas para serem mais lisas possíveis podendo deslizar no ar com maior facilidade.
A fabricação dos primeiros aeroplanos se constituíam de madeira, posteriormente para
alumínio, mas como possuíam rebites, acabavam por produzir um arrasto adicional, che-
gando assim na fabricação por fibra de vidro ou carbono, deixando sua superfície mais
homogênea (ALDKINS; BRAIN, sd.).
Assim a fuselagem é a parte do avião, planador ou de qualquer aeronave, no qual
o piloto se aloja, além de acoplar as asas e caudas para dar o detalhe final do aeroplano
(AMORIM, 2013).
3.2.2 Asas
Sendo uma parte fundamental, as asas geram estabilidade ao planador, e graças a
elas, o planado desenvolve a reação aerodinâmica em que a sustentação prevalece sobre a
força de gravidade, fazendo com que este consiga planar. O ar começa a circular na raiz
da asa onde se encontra o bordo de ataque, e passa a sua ponta que situa-se no bordo de
fuga (HANGAR 33, 2015).
Existem diversos modelos de asas, cada uma com sua respectiva função, sempre
buscando por melhorias para o planador, das quais podem ser citadas, a busca por maior
sustentação, balanceamento, melhor estabilidade, entre outras (HANGAR 33, 2015). Nisso
o planador possui dois principais sistemas de controle, determinados por Ailerons e Spoilers.
Capítulo 3. REFERENCIAL TEÓRICO 11
Figura 3 – Exemplo da Estrutura de uma Asa
Fonte: AutoCad - Autoria Própria
De acordo Amorim (2013), os Ailerons são detectados no bordo de fuga das asas e
aproximados de suas pontas, sendo assim responsáveis pelo movimento longitudinal do
planador, onde estão contidos nas duas asas e se movimentam de maneiras opostas.
Já os Spoilers são instrumentos de ausência de sustentação, ou seja, são utilizados
para perda de altitude, para fazer uma aterrissagem ou devido algum contratempo que
possa ocorrer durante o voo (AMORIM, 2013).
3.2.2.1 Aerofólio
Aerofólio é a estrutura de modelo aerodinâmico capaz de criar sustentação para o
planador, no qual tem o intuito de não gerar arrasto em excesso para a aeronave quando
atravessa o ar (AMORIM, 2013), como pode ser visto abaixo está um exemplo de um
aerofólio.
Figura 4 – Perfil Aerodinamico da Asa
Fonte: AutoCad - Autoria Própria
Capítulo 3. REFERENCIAL TEÓRICO 12
3.2.3 Cauda do Planador
A cauda do planador é composta por três componentes móveis, como o Profundor,
Trim e o Leme, e nas partes imóveis, como estabilizador horizontal e vertical (AMORIM,
2013), onde cada um desses componentesserá explicado a seguir.
Figura 5 – Cauda do Planador
Fonte: http://blog.hangar33.com.br/o-que-sao-para-que-servem-e-os-tipos-de-asas-de-uma-
aeronave/(Acesso em: 05 jun. 2018)
3.2.3.1 Estabilizador Horizontal e Vertical
Os estabilizadores compostos no planador são responsáveis pela estabilidade vertical
e longitudinal, o que fazem a aeronave manter-se no ar sem grandes turbulências (GUIA
DO AVIADOR, 2017).
3.2.3.2 Profundor
O Profundor conhecido também como arfagem, é o componente do planador
responsável por subir ou descer a aeronave, tendo sua localização na parte posterior do
estabilizador horizontal, onde consegue levantar ou abaixar o nariz do avião (AMORIM,
2013).
3.2.3.3 Leme
Segundo Amorim (2013), o Leme responsável pelo movimento de rotação no eixo
vertical do planador, sendo assim utilizado para manobras, acompanhado dos Ailerons e o
Profundor. Sua localização está presente na parte posterior do estabilizador vertical.
3.2.3.4 Trim
O Trim é o componente necessário para que o piloto não precise exercer uma força
extrema para conseguir fazer uma manobra durante o voo, diminuindo assim a pressão
perante os controladores (AMORIM, 2013).
Capítulo 3. REFERENCIAL TEÓRICO 13
3.2.4 Diedro
Diedro é a angulação da inclinação da asa em associação a um plano horizontal,
podendo ser citado três comportamentos diferentes, como positivo, negativo e neutro
(AEROFLAP, 201-).
Segundo a Aeroflap (201-), quando o diedro definido como positivo, pode-se observar
a teoria do autonivelamento, pois tem presença na conduta de estabilidade lateral na
aeronave, ou seja, caso ocorrendo uma mudança na angulação, as forças começam a ficar
diferentes, assim a asa que está mais próxima do ângulo zero no plano horizontal sofre um
torque fazendo o aeroplano voltar para seu posicionamento normal.
Já o diedro negativo, ocorre uma desestabilização, pois o torque que tinha intuito
de nivelar a aeronave, agora tem o intuito de piorar o feito de rolagem, agindo assim como
um intensificador de manobras (AEROFLAP, 201-).
E quando ocorre o fato de ser neutra, a asa é indiferente, pode-se fazer curvas para
a direita ou esquerda que a inclinação será a mesma, a não ser que um vento ou algo
parecido tire-a de seu movimento (AEROFLAP, 201-).
Para calcular a inclinação do diedro, um exemplo é utilizar uma relação trigonomé-
trica ou fórmulas encontradas em geometria analítica, entre outras maneiras.
Sen = Cateto Oposto
Hipotenusa
Cos = Cateto Adjacente
Hipotenusa
Tan = Cateto Oposto
Cateto Adjacente
cos θ =
~h~f
|~h||~f |
3.2.5 Centro de Gravidade
A necessidade de descobrir o centro de gravidade do planador se faz para manter o
equilíbrio do mesmo sem pender para ambos os lados durante o voo. Sendo encontrado em
um ponto que o próprio se mantenha nivelado cauda e nariz, se faz necessário o uso de um
espaço sem interferência de vento, devendo estar apoiado por este local inexistindo rotação.
Após este procedimento, estará encontrado o C.G. (Centro de Gravidade) (VERONA, sd.).
3.2.6 Corda da Asa
As cordas das asas são suas medidas, sendo divididas em três partes chamadas
corda da ponta, no qual mede a ponta da asa entre o bordo de fuga e o bordo de ataque,
corda da raiz que segue o mesmo contexto da corda da ponta, mas é usada na raiz da asa
associada a fuselagem (CUNHA, 2006), e a corda média, sendo esta a mais importante, no
qual se faz para calculá-la tendo em base o comprimento da mesma que multiplicada com
a área e pressão dinâmica dando origem ao coeficiente do momento ao redor do centro
aerodinâmico, tendo como resultado um valor numérico no instante do local calculado
(RODRIGUES, 2014).
Capítulo 3. REFERENCIAL TEÓRICO 14
3.2.7 Tipos de Asas Usadas em Planadores
Dentre as asas mais usadas para os planadores, a elíptica é a que possui maior
performance, pois gera menor arrasto induzido, no entanto sua fabricação é complicada
pelo fato de exigir uma atenção maior em sua confecção, ou seja, acaba se tornando mais
cara do que as outras (AMORIM, 2013).
Figura 6 – Tipos de Asas
Fonte: <http://blog.hangar33.com.br/o-que-sao-para-que-servem-e-os-tipos-de-asas-de-uma-
aeronave>//(Acesso em: 18 jun. 2018)
Dentre essa asa, existem mais três bastantes comuns como a trapezoidal, retangular
e a de enflechamento, porém produzem mais arrasto que o desejado, ou seja, dessas a mais
usada é a trapezoidal (AMORIM, 2013).
3.3 Forças Atuantes
3.3.1 Sustentação
Através do escoamento incidente do ar sobre as asas ocorre uma diferença de
pressão, gerando então a famosa força de sustentação, sendo das três forças impostas no
planador, a mais primordial para o voo gerada pelas asas em reação ao peso. No caso
do planador, esse dinamismo é estimulado pelo fato deste aeroplano conter asas bastante
eficientes, nisso quanto mais rápido o planador se deslocar, maior será a sustentação sobre
ele (ALDKINS; BRAIN, sd.).
3.3.2 Peso
Refere-se a uma força de gravidade, sempre comandada ao centro da terra, o peso
está contido em todas as partes do avião, onde pode-se imaginar como atuante em um
único ponto do aeroplano, chamado CG denominado Centro de Gravidade (MORAIS et
al. 2011).
Capítulo 3. REFERENCIAL TEÓRICO 15
O peso influencia extremamente no planador, podendo trabalhar contra ou a favor
do mesmo, interferindo no seu período de permanência ou distância. Muitos destes possuem
tanques de lastros que podem ser enchidos com água antes da decolagem, no qual esse
peso adicional gera maior velocidade para a aeronave, onde se o piloto pretender conter a
velocidade, poderá exaurir o tanque (ALDKINS; BRAIN , sd.).
3.3.3 Arrasto
Arrasto é a força gerada através do atrito entre o ar e o corpo do planador sendo
consequência do escoamento do ar em sua superfície, onde cria diferenças de pressão sobre
o mesmo puxando-o para traz (DAHMEN; STUDART, 2006). Esta força se divide em três
tipos:
3.3.3.1 Arrasto de Atrito
Arrasto de atrito se relaciona com a superfície do planador, é a força que atua com
o escoamento do ar, tendo o conceito de quanto mais liso for a superfície, melhor será a
passagem do ar sobre o mesmo, melhorando seu desempenho, e quão mais rugosa ou áspera
for, menor será a defluência do ar, no qual ocorrerá um fluxo turbilhonado aumentando a
força de arrasto, assim afetando no seu rendimento (DAHMEN; STUDART, 2006).
3.3.3.2 Arrasto de Forma
Arrasto de forma, se relaciona com a área de choque com o ar, ocorrendo a
deflexão (quando o ar se desloca em torno do corpo forçando um desvio). Leva o conceito
aerodinâmico, que para um desempenho melhor necessita que a área de choque incidente
seja uma extremidade arredondada ou em formato triangular para originar menor resistência
(DAHMEN; STUDART, 2006).
3.3.3.3 Arrasto Induzido
Arrasto induzido se relaciona com a diferença de pressão exercida entre a parte de
baixo da asa (intradorso) e a parte de cima (extradorso), criando na ponta da asa uma
turbulência e desestabilizando o mesmo. Para a correção deste problema, foi criado os
“Winglets”, que atuam na ponta da asa impedindo a troca de ar estabilizando a pressão
(DAHMEN; STUDART, 2006).
3.3.4 Tração
Tração é uma força que exerce um torque para que a aeronave possa decolar e
manter-se em voo, vencendo assim a força de arrasto, gerando então uma sustentação para
o aeroplano (DOMINGOS, 2011).
16
4 METODOLOGIA
4.1 Métodos Utilizados
Em primeira análise, cabe frisar que a ideia do projeto do planador surgiu através
de discussões do grupo de TAI I (Trabalho Acadêmico Integrador) integração de conteúdos
em prol da consolidação de projetos da engenharia incentivada por professores do Instituto
Federal de Minas Gerais, Campus Arcos, destinados aos alunos do primeiro período do
curso de engenharia Mecânica.
Em busca de pesquisas exploratórias e na construção parcial do projeto, o grupo
buscou obter um prévio conhecimento sobre essa área extremamente vasta, onde desenvol-
veu diversos protótipos em isopor, onde vale destacar a razão da escolha de lançamento
manual do protótipo. Muitos planadores, chegam até os ares como auxílio de outro avião
motorizado, que os arrasta com o guincho e, em seguida, os solta. Entretanto, por motivo
de o modelo produzido não ocupar um grande espaço e possuir baixo peso, tornou-se capaz
de lança-lo manualmente aos ares.
Figura 7 – Efetuando a Montagem do Protótipo
Fonte: Autoria Própria
No entanto, depois da apresentação parcial do projeto, um dos professores apre-
sentou a ideia de optar para o lado do aeromodelismo, onde o grupo se reuniu e discutiu
sobre esse assunto, chegando a conclusão de ocorrer essa mudança, pelo fato do isopor
ser extremante desagradável de se manusear, além de ser um material prejudicial ao meio
ambiente e gerar uma força de arrasto maior que o pretendido.
Com a decisão tomada, os integrantes conseguiram uma planta de um planador
disponibilizada pelo professor Ricardo Carrasco, onde o material a ser utilizado são chapas
Capítulo 4. METODOLOGIA 17
de madeira balsa e pinus, própria para a área do aeromodelismo, assim aprimorando os
assuntos já pesquisados.
Outro aspecto a salientar é como se deu a união das ideias, bem como essas foram
aplicadas. Diante de reuniões realizadas nas casas dos integrantes, no Campus nos dias
dispostos a discussão sobre o TAI I, realizou-se a parte física e teórica do projeto.
Podendo realçar que nessas reuniões nas casas dos integrantes e no próprio campus
foram possíveis de aplicar as matérias e discutir o local de compra dos materiais a serem
utilizados na montagem do protótipo, parte que obteve o maior problema pelo fato de
ser extremamente difícil de encontrar tais chapas de madeira balsa, onde os integrantes
foram em cidades como Betim, Belo Horizonte, Contagem, Divinópolis, Carmo do Cajuru,
Carmo da Mata e Arcos, não obtendo sucesso em nenhum desses municípios, optando
assim pela compra via internet.
4.2 Materiais Utilizados
Foram utilizados necessariamente quatro materiais principais como a madeira balsa,
madeira pinus, cola fórmica e o verniz, onde será explicado um pouco sobre eles a seguir.
4.2.1 Madeira Balsa
O principal material utilizado no projeto é a madeira balsa, uma madeira encontrada
desde o Sul do México ao norte da Venezuela, oeste da América do sul até a Bolívia
e Amazônia Brasileira, tendo como um dos maiores produtores mundiais a Costa Rica
(CALDEIRA, 2017).
Constantemente utilizada para o aeromodelismo, maquetes e outros trabalhos, essa
madeira possui baixa densidade, e grandes resistências à tensões, sendo assim fácil de
trabalhar, e ideal para a construção naval, aérea e civil, também extremamente usadas
por suas qualidades isolantes contra o calor ou frio, sua eficácia de flutuar sobre a água, e
sua eficiência de minimizar o som ou vibrações mecânicas (CALDEIRA, 2017).
4.2.2 Madeira Pinus
A madeira Pinus utilizada na fuselagem do planador teve seu molde cortado a
laser, tal madeira foi conduzida para o Brasil por volta de 1970, e cultivada nas regiões sul
e sudeste do país, onde há muitas áreas destinadas ao reflorestamento. A escolha do grupo
por esse material é pelo fato da madeira possuir características que facilitam na montagem
do protótipo. Entre as vantagens que este material apresenta, está a fácil maleabilidade,
aderência e resistência a impactos que é necessária para suportar quedas e garantir o
sustento das asas, estabilizadores e leme. Ademais, o Pinus é uma madeira cultivada
Capítulo 4. METODOLOGIA 18
exclusivamente para a extração, desde que o seu plantio tem o intuito de preservar as
outras espécies de árvores da natureza, evitando assim o desmatamento (MAINA, 2017).
4.2.3 Cola Fórmica
A cola adesiva utilizada na união entre as asas e a fuselagem do planador foi a
cola fórmica Adesivo Amazonas, tal produto fora escolhido por apresentar boa aderência e
resistir à quedas. O pai de um integrante do grupo doou o material para a conclusão do
projeto.
4.2.4 Verniz
O verniz é uma camada de tinta utilizada para dar acabamento visual em objetos
e também pode ser utilizado para reduzir o atrito. No nosso projeto, a aplicação do verniz
foi com a intenção de reduzir a influência de atrito nas asas do planador, e então o verniz
spray da marca Colore foi usado para diminuir a rugosidade superficial da madeira, pois
esse cobrirá os poros da mesma.
4.3 Montagem do Protótipo
Para efetuar a montagem do protótipo, foi escolhido o modelo de aerofólio Clark Y,
onde o mesmo é baseado em dados de tabelas usadas na corda do seu perfilamento para
chegar a seu formato aerodinâmico .
Figura 8 – Tabela para criar o modelo Clark Y
Fonte: http://airbis.blogspot.com//(Acesso em: 18 jun. 2018)
Sabendo deste detalhe, foi possível começar a montagem do planador através do
seu desenho técnico, podendo assim cortar e modular seus componentes.
Sua fuselagem teve corte a laser em uma marcenaria localizada na cidade de
Carmo do Cajuru, enquanto suas asas e estabilizadores teve corte manual a estilete e
Capítulo 4. METODOLOGIA 19
detalhamento na lixa, onde que depois de todas as partes cortadas foi possível efetuar a
montagem, usando cola fórmica e deixando secar durante uma noite, depois finalizado teve
sua superfície coberta por uma fina camada de verniz estando pronto para voar.
Figura 9 – Efetuando a Montagem do Protótipo
Fonte: Autoria Própria
Tabela 1 – Tabela de Preços
MATERIAIS QTDE PREÇO TOTAL
Chapa Madeira Balsa 01 R$ 29,66 R$ 29,66
Madeira Pinus 01 R$ 0,00 R$ 0,00
Lixa 04 R$ 2,00 R$ 8,00
Cola Fórmica 01 R$ 0,00 R$ 0,00
Verniz 01 R$ 8,40 R$ 8,40
Depron 08 R$ 0,25 R$ 2,00
Tubo de Cola Quente 03 R$ 0,50 R$ 1,50
R$ 49,56
Fonte: Autoria Própria
20
5 CONCLUSÃO
Assim, conhecendo um pouco sobre os planadores que são aeronaves sem força
motriz, pode-se entender que a razão de seu planeio é devido ao seu leve peso, grandes
asas, e pequena incidência de atrito, fazendo com que o mesmo tenha um aproveitamento
melhor de voo. Portanto a ideia desse trabalho é mostrar o funcionamento deste aeroplano
de maneira sucinta e causar o interesse das pessoas em entender o verdadeiro motivo desta
aeronave não motorizada conseguir se manter no ar por um tempo considerável.
21
Referências
AEROFLAP. Tipos de asa e sua aerodinâmica-Diedro. Disponível em: <http://www.aeroflap.
com.br/ _tiposdesasa_diedro/>. Acesso em: 09 jun. 2018.
ALDKINS, B; BRAIN, M. Como funcionam os planadores. Traduzido pela Associação
de Vôo à Vela da Carolina do Norte. Belo Horizonte: Vento Norte - BH, sd. 9 p.
AMORIM, B. H. S. Estudo de desempenho do planador astir III classe standard
pelo método da colocação a partir da teoria da linha de sustentação de prandtl.
2013. 113f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) -
Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2013.
CALDEIRA, R.A.P.F. Propriedade da Madeira Pau-de-Balsa em Duas Idades.
2017. 24f. Monografia (Bacharelado em Engenharia Florestal)-Faculdade de Engenharia
Florestal, Universidade Federal de Mato Grosso, Cuiabá.
CUNHA, L.N. Análise Aerodinâmica Parametrizada Para Aviões de Pequeno
Porte. 2006. 127f. Monografia (Bacharelado em Engenharia de Computação)-Faculdade
de Ciências Exatas e Tecnologia, Centro Universitário de Brasília, Brasília.
DAHMEN, S; STUDART, N. A física do voo na sala de aula. Física na Escola. Brasil,
v.7, n.2, p. 36-42, 14 out. 2006.
DOMINGOS, Fernando. Manual do Piloto: Forças que atuam no avião. Disponível em:
<http: //manualdopiloto.blogspot.com/2011/02/forcas-que-atuam-no-aviao.html> Acesso
em: 09 jun. 2018.
GUIA DO AVIADOR. Partes do Avião. Disponível em: <https://guiadoaviador.wordpress.
com/2017/03/30/partes-do-aviao-parte-1/>. Acesso em: 09 jun. 2018.
FEDERAÇÃO BRASILEIRA DE VOO A VELA. O que é voo a vela?. Disponível em:
<http://www.planadores.org.br/index.php/o-esporte/o-que-e.html>. Acesso em: 03 mai.
2018.
HANGAR 33. O que são, para que servem e os tipos de asas de uma aeronave. Disponível
em: <http://blog.hangar33.com.br/o-que-sao-para-que-servem-e-os-tipos-de-asas-de-uma-
aeronave/>. Acesso em: 04 mai. 2018.
MAINA, Alex. Avaliação da Resistência Mecânica e Influência na Corda Ma-
deira Pinus sp. Sob Ação de Intempéries. 2017. 26f. Trabalho de Conclusão de Curso
Referências 22
II (Coordenação de Engenharia Florestal) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná,
Dois Vizinhos, 2013.
MORAIS, V; JÚNIOR, A; FILHO, J; AMARAL, R. Projeto de construção de um aeromo-
delo como auxílio nos estudos de engenharias. In: CONFERÊNCIA BRASILEIRA DE
DINÂMICA, CONTROLE E APLICAÇÕES, 10, 2011, São Carlos. anais...São Carlos:
Sociedade Brasileira de Matemática Aplicada e Computacional, 2011. p. 659 - 662.
RODRIGUES, Luiz Eduardo Miranda José. Fundamentos da Engenharia Aeronáu-
tica com Aplicações ao Projeto SAE-AeroDesign: Aerodinâmica e Desempe-
nho. 1. ed. Salto/SP: www.engbrasil.eng.br, 2014. 320p.
VENTURI, Jaci. J. Álgebra Vetorial e Geometria Analítica. 9a. ed. Curitiba: Infante, 1949.
242p.
VERONA, Luis Antonio. Escola de Aviação Civil. Florianópolis, sd. (Apostila).
23
APÊNDICE A –
Para se desenvolver o trabalho em questão, foi criado um cronograma de tarefas a
serem cumpridas distribuída por meses, no qual teve o intuito de organizar as mesmas
necessárias para conclusão do projeto.
Tabela 2 – Cronograma TAI I - 2018
ETAPAS DO PROJETO MARÇO ABRIL MAIO JUNHO JULHO
Levantamento de
Referências Bibliográficas X X X X X
Estudo sobre o Planador X X X
Relatório Parcial X
Discussão sobre objetos
a serem usados X X
Aquisição dos itens
para montagem X X
Montagem do Planador X
Relatório Final X
Apresentação Final X
Fonte: Autoria Própria
24
APÊNDICE B –
B.1 Obtenção do Diedro e Áreas Compostas na Asa
Para calcular o diedro e as áreas compostas na asa, utilizou-se da geometria analítica
que é o estudo de pontos em um plano ou espaço extremamente usada na engenharia, onde
pode-se utilizá-la através do sistema de coordenadas cartesianas, no intento de manipular
equações em planos, círculos, retas e assim por diante (VENTURI, 2015).
Destarte, pode-se utilizá-la neste trabalho para encontrar a angulação do diedro e
uma parte da área da asa, sendo demonstrado a seguir.
B.1.1 Inclinação do Diedro da Asa
Sabendo que a altura de uma parte da asa é de cinco centímetros e seu comprimento
é de vinte centímetros, é possível criar um gráfico utilizando tais valores, como pode ser
visto na figura abaixo, onde h terá comprimento de vinte, e f será a altura de cinco.
Figura 10 – Representação da Inclinação da Asa
Fonte: Geogebra - Autoria Própria
Assim através dos vetores formados no sistema de coordenadas cartesianas, é capaz
de se encontrar o ângulo formado através da equação abaixo.
cos θ =
~h~f
|~h||~f |
~h(19, 6 : 5)
~f(19, 6 : 0)
~h~f = (19, 6 ∗ 19, 6) + (5 ∗ 0) = 384, 16
APÊNDICE B. 25
|~h| =
√
19, 62 + 52 =
√
409, 16
|~f | =
√
19, 62 + 02 =
√
384, 16
|~h||~f | =
√
409, 16 ∗
√
384, 16 =
√
157.182, 9056
cos θ = 384, 16√157.182, 9056
cos θ ' 0, 9689 rad
cos− 1θ ' 14, 4o
B.1.2 Área Parcial da Asa
Observando a asa do planador é possível enxergar figuras geométricas contidas na
mesma que se tornam possível chegar a uma área estimada de uma parte de suas asas e
calculá-las através da Geometria Analítica.
B.1.3 Retângulo Encontrado na Asa
Figura 11 – Retângulo Presente na Asa
Fonte: Geogebra - Autoria Própria
A(1, 1)
B(1:8,5)
C(11,1)
APÊNDICE B. 26
D(11:8,5)
~BA = (1− 1 : 8, 5− 1) = (0 : 7, 5)
~CA = (11− 1, 1− 1) = (10, 0)
A = ~CAX ~BA = |D|
A =
10 0
0 7, 5
= 75 cm2 ou 7.500 mm2
B.1.4 Triângulo Encontrado na Asa
Figura 12 – Triângulo Presente na Asa
Fonte: Geogebra - Autoria Própria
A(1, 1)
B(1:8,5)
C(6:8,5)
~BA = (1− 1 : 8, 5− 1) = (0 : 7, 5)
~CB = (6− 1 : 8, 5− 8, 5) = (5, 0)
A =
~CBX ~BA
2 =
|D|
2
A =
5 0
0 7, 5
= 37, 52 = 18, 75 cm
2 ou 1.875 mm2
27
APÊNDICE C –
C.1 Aquisição da Função da Curva da Asa e Resolução das Áreas
dos Tópicos Anteriores
C.1.1 Inclinação do Diedro da Asa no Matlab
Figura 13 – Representação da Inclinação da Asa no Matlab
Fonte: Matlab - Autoria Própria
Figura 14 – Representação da Inclinação da Asa no Matlab
Fonte: Matlab - Autoria Própria
APÊNDICE C. 28
C.1.2 Retângulo e Triângulo Encontrado na Asa no Matlab
Figura 15 – Retângulo e Triângulo Encontrado na Asa no Matlab
Fonte: Matlab - Autoria Própria
Figura 16 – Retângulo e Triângulo Encontrado na Asa no Matlab
Fonte: Matlab - Autoria Própria
APÊNDICE C. 29
C.1.3 Plotagem da curva do Gráfico
Figura 17 – Encontrando a Função da Curva da Asa no Matlab
Fonte: Matlab - Autoria Própria
Figura 18 – Plotagem Encontrada no Matlab
Fonte: Matlab - Autoria Própria
30
APÊNDICE D –
D.1 Cálculo da Integral (Oposto da Derivada)
Para calcular a área superficial da asa do planador, foi preciso utilizar o método de
integral, que é o oposto da derivada, assim depois da função integrada foi possível obter a
determinada região.
∫ b
a
f(x) dx = F (b)− F (a)
∫ 50
−102
(−0, 0064x3 − 0, 3038x2 − 0, 7746x+ 1, 4207) dx =?
−0, 0064x4
4 −
0, 3038x3
3 −
0, 7746x2
2 +
1, 4207x
1 |
50
−102
−0, 0016x4 − 0, 101267x3 − 0, 3873x2 + 1, 4207x|50−102
−0, 0016(50)4 − 0, 101267(50)3 − 0, 3873(50)2 + 1, 4207(50) = −1.623, 7375 mm2
−0, 0016(−102)4−0, 101267(−102)3−0, 3873(−102)2+1, 4207(−102) = 3.536, 060394mm2
∫ b
a
f(x) dx = 3.536, 060394− (−1.623, 7375) = 5.159, 797894 mm2
∫ 5
−10,2
(−0, 0064x3 − 0, 3038x2 − 0, 7746x+ 1, 4207) dx = 5.159, 797894 mm2
Somando a área encontrada através da integral com a área do retângulo encontrada
em Geometria Analítica e multiplicando por dois, pode-se obter a área completa da asa.
(5.159.797894 + 7.500)2 = 25.319, 595788 mm2
31
APÊNDICE E –
E.1 Influência do Planador na Sociedade
Desde a antiguidade vários cientistas já buscavam uma maneira de voar como os
pássaros, buscando vários conhecimentos e evoluindo ciências para tal fato, até chegar ao
almejado planador como foi visto no trabalho. Tais planadores foram muito utilizados na
Segunda Guerra Mundial com o intuito de chegar em terras inimigas para guerrilhar, um
exemplo foi a Alemanha que se especializou na construção destes aeroplanos, mas com o
passar do tempo sua utilização tendeu para o lazer e o treinamento de pilotos iniciantes.
Vale frisar também, que o projeto do planador vem com a proposta de voo sem
a necessidade de motor, eximindo assim, a eliminação de gases poluentes na atmosfera,
tendo sua matéria prima retirada de árvores próprias para este consumo, reduzindo
o desmatamento e preservando nosso ecossistema. Contudo, pode-se observar que os
planadores tiveram um grande intuito no avanço dos aviões em geral, sendo usado inclusive
para testes, pelo fato deste aeroplano ser de fácil montagem em relação a um avião
convencional.
Salientando assim, que todo o processo desde a coleta do material utilizado até
a montagem, era manufaturada, pelo fato de atualmente a maioria de suas peça serem
distribuídas com tamanhos e formas padrão sendo confeccionadas em fábricas, continuando
o trabalho manualmente apenas para montar o protótipo.
32
APÊNDICE F –
F.1 Desenho Representativo do Projeto
O desenho técnico computacional possui suas medidas todas em milímetros, onde
pode-se observar suas vistas e perspectiva a seguir.
Figura 19 – Desenho Técnico Computacional
7
5
2
0
50
3
2
,5
2
50
3
0
2
0
0
1
0
0
75
4
0
0
5
0
5
0
1
4
0
7
5
8
5
10
6
5
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o
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0
m
m
 X
 3
0m
m
 X
 1
m
m
Fonte: AutoCad - Autoria Própria
	Folha de rosto
	Resumo
	Lista de ilustrações
	Lista de tabelas
	Sumário
	INTRODUÇÃO
	Justificativa
	OBJETIVOS
	Objetivos Gerais
	Objetivos Específicos
	REFERENCIAL TEÓRICO
	Planadores
	Componentes e Sistemas
	Fuselagem
	Asas
	Aerofólio
	Cauda do Planador
	Estabilizador Horizontal e Vertical
	Profundor
	Leme
	Trim
	Diedro
	Centro de Gravidade
	Corda da Asa
	Tipos de Asas Usadas em Planadores
	Forças Atuantes
	Sustentação
	Peso
	Arrasto
	Arrasto de Atrito
	Arrasto de Forma
	Arrasto Induzido
	Tração
	METODOLOGIA
	Métodos Utilizados
	Materiais Utilizados
	Madeira Balsa
	Madeira Pinus
	Cola Fórmica
	Verniz
	Montagem do Protótipo
	CONCLUSÃO
	Referências
	
	
	Obtenção do Diedro e Áreas Compostas na Asa
	Inclinação do Diedro da Asa
	Área Parcial da Asa
	Retângulo Encontrado na Asa
	Triângulo Encontrado na Asa
	
	Aquisição da Função da Curva da Asa e Resolução das Áreas dos Tópicos Anteriores
	Inclinação do Diedro da Asa no Matlab
	Retângulo e Triângulo Encontrado na Asa no Matlab
	Plotagem da curva do Gráfico
	
	Cálculo da Integral (Oposto da Derivada)
	
	Influência do Planador na Sociedade
	
	Desenho Representativo do Projeto